PVD制备TiAISiN涂层的研究进展.pdf

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1、·42·材料导报A：综述篇2014年2月(上)第28卷第2期PVD制备TiAISiN涂层的研究进展彭笑，朱丽慧，VineetKumar，刘一雄。(1上海大学材料科学与工程学院，上海200072；2KennametalInc．，Latrobe，PA15650，USA)摘要概述了物理气相沉积(PvD)技术制备TiA1SiN涂层的研究现状及发展趋势，详细分析了si元素的添加及Si与Al元素的含量对TiAlSiN涂层的微观结构、力学性能、高温抗氧化性和热稳定性的影响。解决PVD制备TiAISiN涂层较低的膜基结合力和较大的残余应力等问题应是今后重点研究的方向。关

2、键词物理气相沉积TiA1SiN涂层微观结构力学性能抗氧化性热稳定性中图分类号：TB43文献标识码：ARecentProgressinPhysicalVaporDepositedTiAlSiNCoatingPENGXiao，ZHULihui，VineetKumar。，LIUYixiong(1SchoolofMaterialsScienceandEngineering，ShanghaiUniversity，Shanghai200072；2KennametalInc．，Latrobe，PA15650，USA)AbstractTheresearchanddeve

3、lopmentofphysicalvapordeposited(PVD)TiA1SiNcoatingaresummarized．TheeffectsofA1andSicontentonthemicrostructure，mechanicalproperties，oxidationresistanceathightemperatureandthermalstabilityofTiA1SiNcoatingareconcentratedon．Thefutureresearchshouldputanemphasisonhowtoenhancetheadhesio

4、nstrengthandreducetheresidualstressofTiA1SiNcoating．Keywordsphysicalvapordeposition，TiAISiNcoating，microstructure，mechanicalproperty，oxidationre～sistance，thermalstabilityTiA1N涂层具有较好的抗氧化性和耐磨性，能有效延长长的粗大晶粒，随着Si元素的加入，rriAlSiN涂层的柱状晶刀具的使用寿命。近年来随着高速切削和干式切削技术的结构明显减少，如图1E所示。发展，对刀具材料的耐磨性、热

5、稳定性及抗氧化性等提出了更高的要求。在高速及干式切削过程中，刀具刃口的温度高于TiA1N涂层的抗氧化与热分解温度，常常导致刀具涂层氧化，硬度急剧下降。TiAlN涂层已无法完全满足高温下的使用要求，新涂层材料的研发迫在眉睫。近年来，许多研究者开始采用在TiAlN涂层中添加合金元素的方法来提高涂层的性能：如元素可以提高涂层的硬度；Y【、Crf朝元素或者少量的La¨4元素可提高涂层的氧化温度；Zrc、VE。元素可提高涂层的抗磨损能力；Si元素不仅可以改善涂层的硬度与图1TiAIN(a)与TiAISiN(b)涂层截面形貌的SEM图[J耐磨性，而且能显著提高涂层的

6、热稳定性与抗氧化性。目Fig．1SEMfracturecross-sectionimagesofTiAIN前，TiAlSiN纳米复合涂层引起了工业界的极大兴趣，被认为coating(a)andTiAISiNcoating(b)[]是最新一代的超硬涂层材料，并成为国内外学者的重要目标，得到广泛研究。在Si含量较少的TiA1SiN涂层(约为2，原子分数)本文结合国内外近年来的研究成果，系统介绍了TiAl—中，Al和Si原子置换fcc结构TiN晶格中Ti原子的位置，形SiN涂层的微观结构、力学性能、高温抗氧化性和热稳定性以成TiA1SiN固溶体，而Al和Si的

7、原子半径小于Ti的原子半及该涂层未来的发展趋势。径，会引起晶格畸变，使品格常数减小；当Si含量逐渐增多(约为5，原子分数)时，涂层中出现非晶Sil{N相，形成1TiAlS-N涂层的微观结构SN非晶包裹TiAlN纳米晶的复合结构，使涂层晶粒长大传统的TiA1N涂层在沉积生长过程中易于获得柱状生受到抑制[]；当si含量增加到一定值(约为22，原子分*国家自然科学基金(51171097)；美国Kennametal公司资助项目彭笑：女，1988年生，硕士生，主要从事硬质合金表面PVD涂层的研究E-mail：smile—p1113@163．corn朱丽慧：通讯作者

8、，女，1971年生，博士，教授，从事硬质合金刀具涂层的研究Tel：021—563